Бегущие огни. Бегущие огни на светодиодах Бегущая волна на 16 светодиодах своими руками

30.06.2023

Распиновка 555

В настоящее время большинство микросхем производят в так называемом DIP корпусе . DIP – от англ. – Dual In-line Package, что в дословном переводе означает как “двухрядная сборка”. Выводы микросхем в корпусе DIP находятся в противоположных сторонах друг от друга. Расстояние между выводами в основном 2,54 мм, но есть также и исключения. В зависимости от того, сколько выводов имеет микросхема, так и называется корпус на эту микросхему. Например микросхема 555 имеет 8 выводов, следовательно, ее корпус называется DIP-8.

В красных кружочках я пометил так называемые “ключи”. Это специальные метки, с помощью которых можно узнать начало маркировки выводов микросхемы

Первый вывод как раз находится рядом с ключом. Счет идет против часовой стрелки

Значит, на микросхеме NE555N выводы нумеруются таким образом:

Все то же самое касается и микросхемы CD4017, которая изготовлена в корпусе DIP-16.

Нумерация выводов идет с левого нижнего угла.

Сборка устройства

Собираем наши бегущие огни. На макетной плате они выглядят примерно вот так:

А вот работа схемы в действии:

Работает вся схема таким образом: на таймере 555 собран генератор прямоугольных импульсов. Частота следования импульсов зависит от резистора R2 и конденсатора С1. Далее эти прямоугольные импульсы считает микросхема счетчика CD4017 и в зависимости от количества прямоугольных импульсов, выдает сигналы на свои выводы. Когда в микросхеме счетчик переполняется, все начинается сначала. Светодиоды моргают по кругу, пока на схеме есть напряжение.

Имейте ввиду, что аналогов микросхем 555 и CD4017 туева куча. Есть даже советские аналоги. Для таймера 555 это КР1006ВИ1, а для микросхемы счетчика К561ИЕ8.

Среди десятков разнообразных светодиодных мигалок достойное место занимает схема бегущих огней на светодиодах, собранная на микроконтроллере ATtiny2313. С её помощью можно создавать различные световые эффекты: от стандартного поочерёдного свечения до красочного плавного нарастания и затухания огня. Один из вариантов того, как сделать своими руками бегущий огонь на светодиодах под управлением МК ATtiny2313, рассмотрим на конкретном примере.

Сердце бегущих огней

То, что AVR микроконтроллеры Atmel обладают высокими эксплуатационными характеристиками – всем известный факт. Их многофункциональность и лёгкость программирования позволяет реализовывать самые необыкновенные электронные устройства. Но начинать знакомство с микроконтроллерной техникой лучше со сборки простых схем, в которых порты ввода/вывода имеют одинаковое назначение.

Одной из таких схем являются бегущие огни с выбором программ на ATtiny2313. В данном микроконтроллере есть всё необходимое для реализации подобных проектов. При этом он не перегружен дополнительными функциями, за которые пришлось бы переплачивать. Выпускается ATtiny2313 в корпусе PDIP и SOIC и имеет следующие технические характеристики:

32 8-битных рабочих регистра общего назначения;
120 операций, выполняемых за 1 тактовый цикл;
2 кБ внутрисистемной flash-памяти, выдерживающей 10 тыс. циклов запись/стирание;
128 байт внутрисистемной EEPROM, выдерживающей 100 тыс. циклов запись/стирание;
128 байт встроенной оперативной памяти;
8-битный и 16-битный счётчик/таймер;
4 ШИМ канала;
встроенный генератор;
универсальный последовательный интерфейс и прочие полезные функции.

Энергетические параметры зависят от модификации:

ATtiny2313 – 2,7-5,5В и до 300 мкА в активном режиме на частоте 1 МГц;
ATtiny2313А (4313) – 1,8-5,5В и до 190 мкА в активном режиме на частоте 1 МГц.

В ждущем режиме энергопотребление снижается на два порядка и не превышает 1 мкА. Кроме этого данное семейство микроконтроллеров обладает целым рядом специальных свойств. С полным перечнем возможностей ATtiny2313 можно ознакомиться на официальной страничке производителя www.atmel.com.

Схема и принцип её работы

В центре принципиальной электрической схемы расположен МК ATtiny2313, к 13-ти выводам которого подключены светодиоды. В частности, для управления свечением полностью задействован порт В (PB0-PB7), 3 вывода порта D (PD4-PD6), а также PA0 и PA1, которые остались свободными из-за применённого внутреннего генератора. Первый вывод PA2 (Reset) не принимает активного участия в схеме и через резистор R1 соединён с цепью питания МК. Плюс питания 5В подаётся на 20-й вывод (VCC), а минус – на 10-й вывод (GND). Для исключения помех и сбоев в работе МК по питанию установлен полярный конденсатор С1.
С учётом небольшой нагрузочной способности каждого вывода подключать следует светодиоды, рассчитанные на номинальный ток не более 20 мА. Это могут быть как сверхъяркие led в DIP корпусе с прозрачной линзой, так и smd3528. Всего их в данной схеме бегущих огней 13 шт. В качестве ограничителей тока выступают резисторы R6-R18.

Нумерация светодиодов на схеме указана в соответствии с прошивкой.

Через цифровые входы PD0-PD3, а также с помощью кнопок SB1-SB3 и переключателя SA1 производится управление работой схемы. Все они подключены через резисторы R2, R3, R6, R7. На программном уровне предусмотрено 11 различных вариаций мигания светодиодов, а также последовательный перебор всех эффектов. Выбор программы задаётся кнопкой SB3. В пределах каждой программы можно изменять скорость её выполнения (мигания светодиодов). Для этого переключатель SA1 переводят в замкнутое положение (скорость программы) и кнопками увеличения (SB1) и уменьшения (SB2) скорости добиваются желаемого эффекта. Если SA1 разомкнуть, то кнопки SB1 и SB2 будут регулировать яркость светодиодов (от слабого мерцания до свечения на номинальной мощности).

Печатная плата и детали сборки

Специально для начинающих радиолюбителей предлагаем два варианта сборки бегущих огней: на макетной и на печатной плате. В обоих случаях рекомендуется использовать микросхему в PDIP корпусе, устанавливаемую в DIP-20 панельку. Все остальные детали также в DIP корпусах. В первом случае достаточно будет макетной платы 50х50 мм с шагом 2,5 мм. При этом светодиоды можно разместить, как на плате, так и на отдельной линейке, соединив их с макетной платой гибкими проводами.

Если бегущие огни на светодиодах предполагается активно использовать в дальнейшем (например, в автомобиле, велосипеде), то лучше собрать миниатюрную печатную плату. Для этого понадобится односторонний текстолит размером 55*55 мм, а также радиоэлементы.

Новогодние схемы – автоматы световых эффектов, которые легко собрать своими руками начинающему радиолюбителю

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Время летит очень быстро. Не успеешь оглянуться – а на “носу” Новый год, пора подбивать итоги прожитого года, не стыдно ли, оглядываясь назад, за прожитые дни. Да и предстоящий праздник надо как-то разнообразить новыми новогодними самоделками , собранными своими руками на радость родным и близким.
Сегодня мы с вами рассмотрим несколько новогодних схем автоматов световых эффектов для украшения праздника, простых, не содержащих дефицитных деталей и легких в сборке.

Первая схема:
Миниатюрная елка с “бегущим огнем”
Такая елка на светодиодах станет украшением праздничного стола и обязательно порадует всех ваших друзей и знакомых:

На транзисторах VT1 и VT2 собран генератор прямоугольных импульсов, на транзисторах VT3 и VT4 – электронные ключи, которые коммутируют группы светодиодов. Светодиоды расположены на печатной плате в виде елки. Частота генерируемых импульсов зависит от номиналов сопротивлений R2, R3 и конденсаторов С1 и С2 (чем больше их номинал – тем меньше частота генератора).
Транзисторы VT3 и VT4 подключены к выходам генератора через токоограничительные резисторы R5 и R6 соответственно. Импульсы с генератора поочередно открывают транзисторы. Когда открыт транзистор VT3 – светятся светодиоды HL1-HL3, HL10-HL14, HL18, HL19. А когда открыт транзистор VT4 – HL4-HL9, HL15-HL17, HL20. Их переключение создает эффект бегущего огня. Питание осуществляется от батареи напряжением 9 вольт.
Все детали монтируют на односторонней печатной плате:

Детали применять можно любого типа, светодиоды – с маленьким током потребления, типа КИП.

Вторая схема.
Она не совсем вторая. На базе этой схемы, с использованием одной широкодоступной микросхемы, нескольких транзисторов и светодиодов, можно собрать большое количество разнообразных автоматов световых эффектов.
Такие автоматы световых эффектов станут украшением новогоднего праздника, прекрасным новогодним подарком.
Основа этой схемы трехфазный генератор собранный на микросхеме К561ЛА7 (в крайнем случае ее можно заменить на К561ЛЕ5).
Что из себя представляет микросхема К561ЛА7 и ее полный аналог CD4011A :

Схема трехфазного генератора на микросхеме К561ЛА7:

Сопротивления резисторов и емкость конденсаторов в такой схеме равны: R1=R2=R3, C1=C2=C3.
Работает генератор так. В момент включения питания все конденсаторы разряжены, на входах микросхемы 1-2, 5-6, 8-9 логический ноль, а на выходах 3, 4, 10 – логическая единица. Конденсаторы, через резисторы начинают заряжаться. Хотя номиналы резисторов и конденсаторов одинаковы, но из-за разброса параметров реальных деталей, какой-то конденсатор будет заряжаться быстрее. Допустим первым зарядился конденсатор С1, на входе 1-2 микросхемы появляется логическая единица, а на выходе 3 – соответственно логический ноль. Конденсатор С2, не успев зарядиться, начнет разряжаться через резистор R2. Тем временем, конденсатор С3 успеет зарядиться до логической единицы и естественно на выходе 10 появится логический ноль – конденсатор С1 начнет разряжаться через резистор R1. Дальнейший путь работы микросхемы вы можете проследить по аналогии сами. Таким образом на выходах 1-2-3 происходит периодическая смена логического нуля на логическую единицу. Теперь достаточно подключить к выходам 1-2-3 транзисторные ключи со светодиодами и мы получим автомат световых эффектов :

Четвертый элемент – DD1.4 – не используется, и его входы (выводы 12-13) соединены с “+” питания.
На транзисторах VT1-VT3 собраны транзисторные ключи, каждый из которых включает и выключает соответствующую гирлянду светодиодов. Резисторы R4-R6 ограничивают ток через светодиоды. Буквами А-Г обозначены места подключения светодиодных гирлянд другого типа, для описываемых ниже автоматов.
Все резисторы любые, малогабаритные, транзисторы серии КТ315 с буквенными обозначениями А-Г. Светодиоды должны быть одного типа и одного цвета свечения. На приведенных ниже печатных платах аноды светодиодов должны припаиваться к квадратным контактным дорожкам.

Первый автомат световых эффектов “Треугольник”.
Светодиоды на плате этого автомата расположены по контуру треугольника:

При работе генератора на его выходах последовательно формируются импульсы положительной полярности, которые поочередно открывают транзисторы, в результате чего создается эффект движения “огней” по периметру.

Второй автомат световых эффектов “Пропеллер”.
Схема не отличается от предыдущей, а световой эффект “пропеллер” обеспечивается соответствующим расположением светодиодов на плате:

Экспериментируя с расположением светодиодов на плате, вы сможете получить множество других световых эффектов.

Третий автомат световых эффектов “Снежинка”.
Устройство создает эффект падающей снежинки, который достигается последовательным зажиганием (с вращением) трех расположенных “концентрично” гирлянд из одноцветных светодиодов.
От предыдущих схем эта отличается количеством светодиодов в гирлянде (четыре вместо трех) и с отсутствием в связи с этим токоограничительных резисторов R4-R6:

Гирлянды подключаются к соответствующим точкам А-В на схеме.
Схема печатной платы:

Внешний вид автомата:

Четвертый автомат световых эффектов “Бегущие огни”.
Эта схема ничем не отличается от схемы “Снежинки” – также по 4 светодиода в гирлянде, но расположены они по другому. Эта конструкция создает оригинальный эффект “бегущих огней” в виде вращающейся световой линейки:

Внешний вид “Бегущих огней”:

Пятый автомат световых эффектов “Звезда”.
Автомат создает эффект испускания лучей звездой.
Отличие этой схемы от предыдущих – в числе светодиодов и способа их включения:

Чертеж печатной платы “Звезда”:

А вот так выглядит автомат световых эффектов “Звезда”:

Шестой автомат световых эффектов “Бегущая букашка”.
Вспыхивающие последовательно светодиоды этого устройства создают эффект перебирания лапками насекомого, при этом его брюшко и головка светятся постоянно.
Схема гирлянды “Бегущая букашка”:

Гирлянды А-Б-В имитируют лапки, а гирлянда Г (светящаяся постоянно) имитирует брюшко и головку.
Печатная плата “Бегущей букашки”:

Внешний вид автомата световых эффектов “Бегущая букашка”:

Седьмой автомат световых эффектов “Бегущая волна”.
Последовательные вспышки нескольких гирлянд, каждая из которых состоит из трех светодиодов, расположенных в виде обратной галочки, создает в этой конструкции “бегущей волны”.

Один из вариантов использования твердотельных источников света в декоративных целях – бегущие огни на светодиодах. Способов изготовления этого несложного устройства – масса. Рассмотрим некоторые из них.

Простейшая схема бегущих огней на 12 вольт

В интернете наиболее часто встречается простая «старомодная» схема с использованием счетчика и генератора (рисунок 1).

Рисунок 1

Работа схемы предельно проста и понятна. Генератор построен на основе таймера импульсов, а счетчик выполняет свою основную функцию – считает импульсы и выдает соответствующие логические уровни на своих выходах. К выходам подключены светодиоды, которые загораются при появлении логической единицы и соответственно гаснут при нуле, создавая тем самым эффект бегущих огней. Скорость переключения зависит от частоты генератора, которая в свою очередь зависит от номиналов резистора R1 и конденсатора С1.

Наименования микросхем приведены советские, но они имеют легкодоступные импортные аналоги. Если необходимо увеличить , то для увеличения тока нужно подключать их через буферные транзисторы, т.к. сами выходы счетчика имеют достаточно скромную нагрузочную способность.

Подключаем «мозги»

Для получения более сложных эффектов, схема должна строиться на микроконтроллере (далее МК). Хотя в интернете и присутствует множество схем бегущих огней на микроконтроллере, построенных на обыкновенной логике, реализующих различную последовательность зажигания светодиодов, их использование неоправданно и нецелесообразно в наши дни.

Схемы получаются более громоздкими и дорогими. МК же позволяет гибко управлять отдельными светодиодами или их группами, хранить в памяти множество программ световых эффектов и при необходимости чередовать их по заранее заданной последовательности или по внешней команде (например, от кнопки). При этом схема получается весьма компактной и достаточно дешевой.

Рассмотрим основной принцип построения схемы бегущих огней на светодиодах с использованием микроконтроллера.

Для примера возьмем микросхему ATtiny2313 – 8-разрядный МК стоимостью около 1$. Простейшая схема может быть реализована непосредственным подключением светодиодов к выводам I/O (рисунок 2). Эти выводы МК способны обеспечить ток до 20 мА, что более чем достаточно для индикаторных светодиодов.

Необходимое значение тока задается резисторами, включенными последовательно диодам. Значение силы тока рассчитывается по формуле I=(U пит -U LED)/R. Схемы питания и сброса МК на рисунке не приведены, чтобы не загромождать схему. Эти цепи стандартные и выполняются в соответствии с рекомендациями производителя, приведенными в Data Sheet. При необходимости точного задания временных интервалов (длительности зажигания отдельных светодиодов или полного цикла) можно использовать кварцевый резонатор, подключаемый к выводам 4 и 5 МК.

Если такой необходимости нет, можно обойтись встроенным RC-генератором, а освободившиеся выводы назначить как стандартные выходы и подключить еще пару светодиодов. Максимальное количество светодиодов, которое можно подключить к этому МК – 17 (на рисунке 2 показан вариант подключения 10 светодиодов). Но лучше оставить один-два вывода для кнопок управления, чтобы была возможность переключать режимы бегущего огня.

Рисунок 2

Вот и всё, что касается «железа». Дальше всё зависит от программного обеспечения. Алгоритм может быть любым. К примеру, можно записать в память несколько режимов и настроить интервал повторения каждой либо подключить две кнопки: одну для переключения режимов, другую для регулировки скорости. Написание подобной программы – достаточно простая задача даже для человека никогда не работавшего ранее с МК, однако если изучать программирование лень или некогда, а «оживить» бегущий огонь на светодиодах очень хочется – всегда можно скачать готовое ПО.